JPH0381658A - ガス濃度検知素子 - Google Patents
ガス濃度検知素子Info
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- JPH0381658A JPH0381658A JP1218005A JP21800589A JPH0381658A JP H0381658 A JPH0381658 A JP H0381658A JP 1218005 A JP1218005 A JP 1218005A JP 21800589 A JP21800589 A JP 21800589A JP H0381658 A JPH0381658 A JP H0381658A
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、空気中の酸素濃度およびプロパンやブタン等
の可燃性ガス濃度を同一素子で測定できるガス濃度検知
素子に関するものである。
の可燃性ガス濃度を同一素子で測定できるガス濃度検知
素子に関するものである。
従来の技術
ガス警報装置等に用いられるガスセンサは、例えば半導
体式ガス検知素子の場合、可燃性ガスが金属酸化物半導
体に吸着したときの電導度の変化を検出して、可燃性ガ
スの濃度を測定している。
体式ガス検知素子の場合、可燃性ガスが金属酸化物半導
体に吸着したときの電導度の変化を検出して、可燃性ガ
スの濃度を測定している。
一方、空気中の酸素濃度は、例えば限界電流式酸素セン
サの場合、ジルコニア電解質の酸素ポンプ作用を利用し
て多孔質部（もしくはピンホール部）での酸素拡散電流
を測定し、そのｔ流値から酸素濃度を検出している。こ
れらの検知素子は、いずれも４００°Ｃ前後に加熱して
内部抵抗を低減し素子感度を高めている。
サの場合、ジルコニア電解質の酸素ポンプ作用を利用し
て多孔質部（もしくはピンホール部）での酸素拡散電流
を測定し、そのｔ流値から酸素濃度を検出している。こ
れらの検知素子は、いずれも４００°Ｃ前後に加熱して
内部抵抗を低減し素子感度を高めている。
発明が解決しようとする課題
しかしながら、これら検知素子を一般家庭で安全ガスセ
ンサとして使用する場合、ブタンやプロパン等の可燃性
ガス検知用として半導体式ガス検知素子、酸素ガス検知
用として限界電流式酸素検知素子と夫々準備しなければ
ならず、不便このうえない。そのため、これらを一体化
したセンサが望まれている。
ンサとして使用する場合、ブタンやプロパン等の可燃性
ガス検知用として半導体式ガス検知素子、酸素ガス検知
用として限界電流式酸素検知素子と夫々準備しなければ
ならず、不便このうえない。そのため、これらを一体化
したセンサが望まれている。
課題を解決するための手段
本発明は上記課題を解決するため、駆動電流供給用電極
を両面に設けた固定電解質からなる酸素イオン導電体と
、前記電極の１つを覆い前記酸素イオン導電体に固定さ
れた酸素拡散制御体と、前記酸素拡散制御体に設けられ
一対の電気伝導度検出用！極を備えた金属酸化物半導体
からなるガス感応体と、前記酸素イオン導電体および前
記ガス感応体を加熱する抵抗発熱体からなるガス濃度検
知素子とした。
を両面に設けた固定電解質からなる酸素イオン導電体と
、前記電極の１つを覆い前記酸素イオン導電体に固定さ
れた酸素拡散制御体と、前記酸素拡散制御体に設けられ
一対の電気伝導度検出用！極を備えた金属酸化物半導体
からなるガス感応体と、前記酸素イオン導電体および前
記ガス感応体を加熱する抵抗発熱体からなるガス濃度検
知素子とした。
作用
上記構成のため、本発明のガス濃度検知素子は、駆動電
流供給用電極を両面に設けた固体電解質からなる酸素イ
オン導電体の酸素ポンプ作用と、前記電極の１つを覆い
前記酸素イオン導電体に固定された酸素拡散制御体での
酸素輸送制限作用とにより、電流電圧特性に飽和電流（
以下、限界電流と称する）が表われ、この限界電流が雰
囲気の酸素濃度に比例することより酸素濃度の測定がで
きる。また、抵抗発熱体により酸素イオン導電体が加熱
されているため、高い検出感度で濃度測定ができる。
流供給用電極を両面に設けた固体電解質からなる酸素イ
オン導電体の酸素ポンプ作用と、前記電極の１つを覆い
前記酸素イオン導電体に固定された酸素拡散制御体での
酸素輸送制限作用とにより、電流電圧特性に飽和電流（
以下、限界電流と称する）が表われ、この限界電流が雰
囲気の酸素濃度に比例することより酸素濃度の測定がで
きる。また、抵抗発熱体により酸素イオン導電体が加熱
されているため、高い検出感度で濃度測定ができる。
一方、金属酸化物半導体からなるガス感応体は、例えば
Ｎ型半導体の場合、−酸化炭素などの還元性ガスが接触
すると抵抗値が減少し、二酸化窒素等の酸化性ガスが接
触すると抵抗値が増加する。
Ｎ型半導体の場合、−酸化炭素などの還元性ガスが接触
すると抵抗値が減少し、二酸化窒素等の酸化性ガスが接
触すると抵抗値が増加する。
逆に、Ｐ型半導体の場合、抵抗値の増減が逆の関係を示
す。そのため、抵抗発熱体によりガス感応体を加熱して
検出感度を高め、一対の電気伝導度検出用電極で電気伝
導度の変化を検出するとガス濃度の検知ができる。
す。そのため、抵抗発熱体によりガス感応体を加熱して
検出感度を高め、一対の電気伝導度検出用電極で電気伝
導度の変化を検出するとガス濃度の検知ができる。
さらに、酸素拡散制御体に、一対の電気伝導度検出用！
極を備えた金属酸化物半導体からなるガス感応体を設け
、抵抗発熱体で酸素イオン導電体およびガス感応体を同
時に加熱しているため、酸素濃度検知素子とガス濃度検
知素子を一体化できる。
極を備えた金属酸化物半導体からなるガス感応体を設け
、抵抗発熱体で酸素イオン導電体およびガス感応体を同
時に加熱しているため、酸素濃度検知素子とガス濃度検
知素子を一体化できる。
また、酸素拡散制御体が、螺旋状形状の酸素通路体と前
記酸素通路体に積層した封体とからなり、前記封体の片
面に抵抗発熱体を、他面に一対の電気伝導度検出用電極
を備えた金属酸化物半導体からなるガス感応体を設けた
電極ｆ；ｃなので、酸素濃度検知素子とガス濃度検知素
子との一体化を小型コンパクトにできる。
記酸素通路体に積層した封体とからなり、前記封体の片
面に抵抗発熱体を、他面に一対の電気伝導度検出用電極
を備えた金属酸化物半導体からなるガス感応体を設けた
電極ｆ；ｃなので、酸素濃度検知素子とガス濃度検知素
子との一体化を小型コンパクトにできる。
実施例
以下、本発明を第１図〜第６図で詳細に説明する。第１
図は、本発明の１例であるガス濃度検知素子の断面図で
ある。白金を主成分とする駆動電流供給用電極１ａ・１
ｂを両面に設けた（ＺｒＯｚ）ｏ、ｑｚ （ＹｚＯｈ）
０．０８系固体電解質からなる酸素イオン導電体２と
、カソード側駆動電流供給用電極ｌａを覆い酸素イオン
導電体２に固定された酸素通路体３と、酸素通路体３に
積層した封体４と、封体４に積層し酸素イオン導電体２
を加熱する抵抗発熱体５とで限界電流式酸素センサが構
成される。
図は、本発明の１例であるガス濃度検知素子の断面図で
ある。白金を主成分とする駆動電流供給用電極１ａ・１
ｂを両面に設けた（ＺｒＯｚ）ｏ、ｑｚ （ＹｚＯｈ）
０．０８系固体電解質からなる酸素イオン導電体２と
、カソード側駆動電流供給用電極ｌａを覆い酸素イオン
導電体２に固定された酸素通路体３と、酸素通路体３に
積層した封体４と、封体４に積層し酸素イオン導電体２
を加熱する抵抗発熱体５とで限界電流式酸素センサが構
成される。
一方、一対の電気伝導度検出用電極６ａ・６ｂを備えた
金属酸化物半導体からなるガス感応体７を封体４の片面
に積層し、ガス感応体７を加熱する抵抗発熱体５を封体
４の他面に前述の酸素イオン導電体２の加熱も兼ねて設
けることでガスセンサが構成される。
金属酸化物半導体からなるガス感応体７を封体４の片面
に積層し、ガス感応体７を加熱する抵抗発熱体５を封体
４の他面に前述の酸素イオン導電体２の加熱も兼ねて設
けることでガスセンサが構成される。
第２図は、本発明の１例であるガス濃度検知素子の要部
断面斜視図である。
断面斜視図である。
ジルコニアを主成分とする酸素イオン導電体２に積層し
たカソード側駆動電流供給用電極１ａを覆いながら固定
された螺旋状形状の酸素通路体３と、この酸素通路体３
に積層して固定された封体４と、封体４に積層した抵抗
発熱体５から限界電流式酸素センサは構成される。
たカソード側駆動電流供給用電極１ａを覆いながら固定
された螺旋状形状の酸素通路体３と、この酸素通路体３
に積層して固定された封体４と、封体４に積層した抵抗
発熱体５から限界電流式酸素センサは構成される。
空気は、流入口８から進入し酸素通過孔９を経由して流
出口１０から駆動電流供給用電極１ａへ到達する。
出口１０から駆動電流供給用電極１ａへ到達する。
硝子を酸素イオン導電体２の上に印刷法を用いて厚膜形
成した螺旋状形状の酸素通路体３と、酸素イオン導電体
２に積層した封体４とで酸素拡散制御体が構成される。
成した螺旋状形状の酸素通路体３と、酸素イオン導電体
２に積層した封体４とで酸素拡散制御体が構成される。
一方、封体４には抵抗発熱体５が配置されており、酸素
イオン導電体２を約３００〜６００°Ｃ１望ましくは４
００〜５００°Ｃに加熱して内部抵抗を減少させ、高い
出力（限界電流値）が得られる様にしている。
イオン導電体２を約３００〜６００°Ｃ１望ましくは４
００〜５００°Ｃに加熱して内部抵抗を減少させ、高い
出力（限界電流値）が得られる様にしている。
１０ Ｘ １０ Ｘ ０．３５ｎの（ＺｒＯｔ）ｏ、９
ｇ （ＹｚＯｉ）０．０８系固体電解質からなる酸素イ
オン導電体２に、白金を主成分とする駆動電流供給用電
極（直径５ｍ膜厚約４μｍ）ｌａ・１ｂを両面に設け、
その後その上部に硝子で螺旋状形状の酸素通路体（幅０
．８閣、高さ４０μｍ、長さ１１ｍ）３を厚膜法で設け
、さらにその上部にフォルステライト製（ＩＯＸＩＯＸ
Ｏ，５’ｗ）の封体４を積層した構造の限界を流式酸素
センサの特性を第３図と第４図に示す、第３図は、電流
−電圧特性、第４図は電流−酸素濃度特性である。いず
れも封体４に積層した白金を主成分とする抵抗発熱体５
で４００°Ｃに保持した際の特性であり、酸素拡散制御
体において供給される酸素ガスが制限され、律速された
酸素ガスは固体電解質２と駆動電流供給用電極（陰極）
ｌａとの界面にて酸素イオンに変換され、固体電解質２
中をイオン伝導し、駆動電流供給用電極（陽極）ｌｂの
界面にて変換され放出される原理で得られる。
ｇ （ＹｚＯｉ）０．０８系固体電解質からなる酸素イ
オン導電体２に、白金を主成分とする駆動電流供給用電
極（直径５ｍ膜厚約４μｍ）ｌａ・１ｂを両面に設け、
その後その上部に硝子で螺旋状形状の酸素通路体（幅０
．８閣、高さ４０μｍ、長さ１１ｍ）３を厚膜法で設け
、さらにその上部にフォルステライト製（ＩＯＸＩＯＸ
Ｏ，５’ｗ）の封体４を積層した構造の限界を流式酸素
センサの特性を第３図と第４図に示す、第３図は、電流
−電圧特性、第４図は電流−酸素濃度特性である。いず
れも封体４に積層した白金を主成分とする抵抗発熱体５
で４００°Ｃに保持した際の特性であり、酸素拡散制御
体において供給される酸素ガスが制限され、律速された
酸素ガスは固体電解質２と駆動電流供給用電極（陰極）
ｌａとの界面にて酸素イオンに変換され、固体電解質２
中をイオン伝導し、駆動電流供給用電極（陽極）ｌｂの
界面にて変換され放出される原理で得られる。
これら材料の熱膨張率は、（Ｚ、０ｘ）ｏ、＊ｚ （Ｙ
２０ｚ）０．０８が１００ＸＩＯ−’／’Ｃ，硝子（Ｓ
ｒＯ２が６０Ｉ４ｔ％で残部はＡ１．○ｓ、Ｂｉａｓ、
Ｎａｇ○ Ｋ２０Ｔｉｅ、、Ｃａｂ、ＳｒＯ，ＢａＯが
約５％−を含有）が９５ｘｌＯ−’／”Ｃ，７；ｃ）Ｌ
ｔスｆライトが９６．９Ｘ１０−’）と概ね同一であり
、加熱にともなう歪み低減をはかった。
２０ｚ）０．０８が１００ＸＩＯ−’／’Ｃ，硝子（Ｓ
ｒＯ２が６０Ｉ４ｔ％で残部はＡ１．○ｓ、Ｂｉａｓ、
Ｎａｇ○ Ｋ２０Ｔｉｅ、、Ｃａｂ、ＳｒＯ，ＢａＯが
約５％−を含有）が９５ｘｌＯ−’／”Ｃ，７；ｃ）Ｌ
ｔスｆライトが９６．９Ｘ１０−’）と概ね同一であり
、加熱にともなう歪み低減をはかった。
一方、金属酸化物半導体からなるガス感応体７は、Ｆｅ
２０＝やＳｎＯ，、Ｚｎ○等を主成分とした多孔！＠細
構造体であり、白金を主成分とする一対の電気伝導度検
出用電極６ａ・６ｂを備えている。これらガス感応体７
は、酸素拡散制御体の内側表面（実際には、封体４の内
側表面）に厚膜法で設けられている。
２０＝やＳｎＯ，、Ｚｎ○等を主成分とした多孔！＠細
構造体であり、白金を主成分とする一対の電気伝導度検
出用電極６ａ・６ｂを備えている。これらガス感応体７
は、酸素拡散制御体の内側表面（実際には、封体４の内
側表面）に厚膜法で設けられている。
Ｓｎｏｗを主成分とする焼結微粒子で、６０〜７０％の
空孔率をもつ半導体（膜厚１０Ｍ）の場合のインブタン
感応特性（４００″Ｃ加熱）を第５図に示す。
空孔率をもつ半導体（膜厚１０Ｍ）の場合のインブタン
感応特性（４００″Ｃ加熱）を第５図に示す。
ガス濃度の低下とともに抵抗値が向上している。
また、α−Ｆｅ２０．−ＴｉＯ，を主成分とする薄膜半
導体（膜厚３ｎｍ）の場合の一酸化炭素感応特性を第６
図に示す。高温になるほど感度が向上している。
導体（膜厚３ｎｍ）の場合の一酸化炭素感応特性を第６
図に示す。高温になるほど感度が向上している。
発明の効果
以上の様に、本発明のガス濃度検知素子は、駆動電流供
給用電極を両面に設けた固体電解質からなる酸素イオン
導電体と、前記電極の１つを覆い前記酸素イオン導電体
に固定された酸素拡散制御体と、前記酸素拡散制御体に
設けられ一対の電気伝導度検出用電極を備えた金属酸素
物半導体からなるガス感応体と、前記酸素イオン導電体
および前記ガス感応体を加熱する抵抗発熱体から構成さ
れるので、 （１） 酸素イオン導電体とその両面に設けた駆動電
流供給用電極による酸素ポンプ作用と、前記電極の１つ
を覆い前記酸素イオン導電体に固定された酸素拡散制御
体での酸素輸送制限作用とにより、限界電流が得られる
。この限界電流が雰囲気の酸素濃度に比例することと、
抵抗発熱体により酸素イオン導電体が加熱されることと
により、高い検出感度で酸素濃度の測定ができる。
給用電極を両面に設けた固体電解質からなる酸素イオン
導電体と、前記電極の１つを覆い前記酸素イオン導電体
に固定された酸素拡散制御体と、前記酸素拡散制御体に
設けられ一対の電気伝導度検出用電極を備えた金属酸素
物半導体からなるガス感応体と、前記酸素イオン導電体
および前記ガス感応体を加熱する抵抗発熱体から構成さ
れるので、 （１） 酸素イオン導電体とその両面に設けた駆動電
流供給用電極による酸素ポンプ作用と、前記電極の１つ
を覆い前記酸素イオン導電体に固定された酸素拡散制御
体での酸素輸送制限作用とにより、限界電流が得られる
。この限界電流が雰囲気の酸素濃度に比例することと、
抵抗発熱体により酸素イオン導電体が加熱されることと
により、高い検出感度で酸素濃度の測定ができる。
（２）金属酸化物半導体がガスの接触により抵抗値が変
化することと、抵抗発熱体によりガス感応体を加熱する
こととにより、検出感度が高められ、一対の電気伝導度
検出用電極で検出した電気伝導度から可燃性ガス濃度の
測定ができる。
化することと、抵抗発熱体によりガス感応体を加熱する
こととにより、検出感度が高められ、一対の電気伝導度
検出用電極で検出した電気伝導度から可燃性ガス濃度の
測定ができる。
（３）酸素拡散制御体に、一対・の電気伝導度検出用電
極を備えた金属酸化物半導体からなるガス感応体を設け
、抵抗発熱体で酸素イオン導電体およびガス感応体を同
時に加熱しているため、酸素濃度検知素子とガス濃度検
知素子を一体化できる。
極を備えた金属酸化物半導体からなるガス感応体を設け
、抵抗発熱体で酸素イオン導電体およびガス感応体を同
時に加熱しているため、酸素濃度検知素子とガス濃度検
知素子を一体化できる。
（４）酸素拡散制御体が、螺旋状形状の酸素通路体と前
記酸素通路体に積層した封体とからなり、前記封体の片
面に抵抗発熱体を、他面に一対の電気伝導度検出用電極
を備えた金属酸化物半導体からなるガス感応体を設けた
構成なので、酸素濃度検知素子とガス濃度検知素子との
一体化を小型コンパクトにできる。
記酸素通路体に積層した封体とからなり、前記封体の片
面に抵抗発熱体を、他面に一対の電気伝導度検出用電極
を備えた金属酸化物半導体からなるガス感応体を設けた
構成なので、酸素濃度検知素子とガス濃度検知素子との
一体化を小型コンパクトにできる。
第１図は本発明の一実施例であるガス濃度検知素子の断
面図、第２図は同ガス濃度検知素子の要部断面斜視図、
第３図は同電流−電圧特性図、第４図は同電流−酸素濃
度特性図、第５図は同イソブタンガス感応特性図、第６
図は同一酸化炭素感応特性図である。 １ａ・・・・・・駆動電流供給用電極（カソード側）、
１ｂ・・・・・・駆動電流供給用電極（アノード側）、
２・・・・・・酸素イオン導電体、３・・・・・・酸素
通路体、５・・・・・・抵抗発熱体、６ａ・６ｂ・・・
・・・電気伝導度検出用電極、７・・・・・・ガス感応
体、８・・・・・・流入口、９・・・・・・酸素通過孔
、ＩＯ・・・・・・流出口。
面図、第２図は同ガス濃度検知素子の要部断面斜視図、
第３図は同電流−電圧特性図、第４図は同電流−酸素濃
度特性図、第５図は同イソブタンガス感応特性図、第６
図は同一酸化炭素感応特性図である。 １ａ・・・・・・駆動電流供給用電極（カソード側）、
１ｂ・・・・・・駆動電流供給用電極（アノード側）、
２・・・・・・酸素イオン導電体、３・・・・・・酸素
通路体、５・・・・・・抵抗発熱体、６ａ・６ｂ・・・
・・・電気伝導度検出用電極、７・・・・・・ガス感応
体、８・・・・・・流入口、９・・・・・・酸素通過孔
、ＩＯ・・・・・・流出口。
Claims (3)
- （１）駆動電流供給用電極を両面に設けた固定電解質か
らなる酸素イオン導電体と、前記駆動電流供給用電極の
１つを覆い前記酸素イオン導電体に固定された酸素拡散
制御体と、前記酸素拡散制御体に設けられ一対の電気伝
導度検出用電極を備えた金属酸化物半導体からなるガス
感応体と、前記酸素イオン導電体および前記ガス感応体
を加熱する抵抗発熱体からなるガス濃度検知素子。 - （２）酸素拡散制御体が、駆動電流供給用電極に酸素を
流入するために設けた螺旋状形状の酸素通路体と前記酸
素通路体に積層した封体とからなり、前記封体の片面に
抵抗発熱体を、他面に一対の電気伝導度検出用電極を備
えた金属酸化物半導体からなるガス感応体を設けた特許
請求の範囲第１項記載のガス濃度検知素子。 - （３）酸素イオン導電体としてジルコニアを主成分とす
るセラミックス、酸素通路体として硝子、封体としてセ
ラミックスを用い、各々の材料の熱膨張率が概ね同一で
ある特許請求の範囲第２項記載のガス濃度検知素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1218005A JPH0381658A (ja) | 1989-08-24 | 1989-08-24 | ガス濃度検知素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1218005A JPH0381658A (ja) | 1989-08-24 | 1989-08-24 | ガス濃度検知素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0381658A true JPH0381658A (ja) | 1991-04-08 |
Family
ID=16713136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1218005A Pending JPH0381658A (ja) | 1989-08-24 | 1989-08-24 | ガス濃度検知素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0381658A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5321971A (en) * | 1990-11-12 | 1994-06-21 | The Governor And Company Of The Bank Of Scotland | Gas diffusion control assembly |
| JP2008064562A (ja) * | 2006-09-06 | 2008-03-21 | Yamagata Chinoo:Kk | ガスセンサー |
-
1989
- 1989-08-24 JP JP1218005A patent/JPH0381658A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5321971A (en) * | 1990-11-12 | 1994-06-21 | The Governor And Company Of The Bank Of Scotland | Gas diffusion control assembly |
| JP2008064562A (ja) * | 2006-09-06 | 2008-03-21 | Yamagata Chinoo:Kk | ガスセンサー |
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